BAO CAO CHI TIET

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HUYỆN HỒNG NGỰ TRƯỜNG THCS THƯỜNG PHƯỚC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI BIẾN TÍNH TRO TRẤU ĐỂ XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC THẢI Lĩnh vực: Hóa Mơi Trường Trình độ: Học sinh lớp Người thực hiện: LƯƠNG PHƯƠNG TƯỜNG Giáo viên hướng dẫn: LÊ THỊ TRINH Thường Phước 2, tháng 09/2019 PHẦN I MỞ ĐẦU I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trải qua gần 30 năm trình đổi mới, kinh tế nước ta “thay da, đổi thịt” hoàn toàn: Các thành phố, nhà máy, xí nghiệp, cơng trình giao thơng, khu cơng nghiệp, khu đô thị, khu dân cư mọc lên nấm xuyên suốt mảnh đất hình chữ S Nền kinh tế phát triển làm cho đời sống người dân không ngừng cải thiện nâng cao Tuy nhiên, vấn đề ô nhiễm môi trường chưa quan tâm mức, có nhiễm môi trường nước Hiện nay, ô nhiễm môi trường nước chất hữu nghiêm trọng Các chất ô nhiễm xâm nhập vào thể qua đường hô hấp, đường miệng, qua da …, hàm lượng vượt giới hạn cho phép gây rối loạn chức sinh lý thể sống, gây bệnh ung thư, thần kinh Do vậy, việc nghiên cứu, loại bỏ chúng khỏi mơi trường có ý nghĩa quan trọng Đã có nhiều phương pháp xử lý ô nhiễm nước áp dụng: Phương pháp sinh học, phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý Vì vậy, có nhiều ngun liệu khác sử dụng để chế tạo vật liệu hấp phụ, phế phụ phẩm nơng nghiệp như: lõi ngô, vỏ lạc, vỏ trấu, xơ dừa … nhà khoa học giới Việt Nam quan tâm nghiên cứu Những vật liệu có số ưu điểm bật như: nguyên liệu sử dụng làm chất hấp phụ phong phú, dễ điều chế, thân thiện với mơi trường có độ an toàn cao Xã Thường Phước tiếng với nghề nơng Thời kỳ mùa vụ, trung bình ngày xã tiếp nhận khoảng nghìn nguyên liệu nên tạo áp lực lớn lên chất lượng mơi trường nói chung mơi trường nước nói riêng, đó, chủ yếu nhiễm chất hữu Vì vậy, yêu cầu cấp thiết xử lý triệt để chất nhiễm nước để vừa phát triển kinh tế mà đảm bảo chất lượng môi trường Xuất phát từ ý tưởng trên, em tiến hành thực đề tài “Biến tính tro trấu để xử lý chất hữu nước thải ” II GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Vỏ trấu có khả chế tạo vật liệu hấp phụ (VLHP) thành phần chúng xenlulo, hàm lượng cacbon cao, có khả biến tính để tạo thành dạng vật liệu (VL) tương tự than hoạt tính III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nghiên cứu biến tính vỏ trấu để tạo vật liệu có khả hấp phụ tốt chất hữu phịng thí nghiệm IV PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu biến tính vỏ trấu để tạo loại vật liệu hấp phụ từ phương pháp: đốt yếm khí hoạt hóa axit sunfuric 98%; - Khảo sát khả hấp phụ vật liệu với axit axetic xanh methylen; - Xử lý thử nghiệm với mẫu nước thải xã Thường Phước - Do giới hạn phạm vi nghiên cứu nên đề tài quan tâm đến hiệu xử lý chất hữu nước thải mà không xét đến tiêu khác V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp khảo sát - Phương pháp thu thập tài liệu - Phương pháp phân tích, xử lý số liệu VI NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN - Ý nghĩa khoa học: + Đã chế tạo vật liệu từ vỏ trấu có khả hấp phụ tốt chất hữu cơ: dung dịch axit axetic, dung dịch xanh methylen, chất hữu nước thải … + Đã đưa phương pháp để xử lý, tái sử dụng các phế phụ phẩm nông nghiệp, hạn chế phát thải gây ô nhiễm môi trường - Ý nghĩa thực tiễn: Tìm chế tạo vật liệu hấp phụ từ nguồn phế phụ phẩm nông nghiệp rẻ tiền, sẵn có, dễ kiếm đối tượng phát thải gây nhiễm môi trường, tái sử dụng lại để chế tạo thành vật liệu xử lý ô nhiễm môi trường; VII CẤU TRÚC CỦA DỰ ÁN NGHIÊN CỨU - Phần I mở đầu: Chúng em đề cập đến lí chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, giới hạn phạm vi nghiên cứu, cấu trúc dự án nghiên cứu - Phần II nội dung: + Chương I: Cơ sở lý thuyết + Chương II: Nghiên cứu thực tiễn - Phần III kết thảo luận - Phần IV kết luận kiến nghị - Tài liệu tham khảo PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU Lượng vỏ trấu phát sinh Việt Nam nước nông ngiệp, hàng năm lượng phế thải dư thừa q trình chế biến sản phẩm nơng sản, thực phẩm lớn rơm rạ, vỏ trấu, chuối, xơ dừa, bã mía Theo nghiên cứu Nguyễn Bá Tuấn (2012), Việt Nam nước có văn minh lúa nước lâu đời, từ lâu lúa gắn liền với đời sống nhân dân Không hạt lúa sử dụng làm lương thực mà phần lại sau thu hoạch lúa người dân tận dụng trở thành vật liệu có ích đời sống hàng ngày Vỏ trấu làm chất đốt, bón để tăng độ xốp đất, làm vật liệu xây dựng Lúa năm loại lương thực giới Hạt lúa sau xát bỏ lớp vỏ thu phụ phẩm cám trấu Năm 2011, theo thống kê Bộ NNPTNT sản lượng gạo Việt Nam 42 triệu Trong số đó, sản lượng trấu thu gom khoảng 4-5 triệu tấn, phần lại khơng thu gom bị thải ngồi mơi trường Tại đồng sông Cửu Long, nhà máy xay xát đổ trấu xuống sông, rạch; vỏ trấu trôi lềnh bềnh khắp nơi, chìm xuống đáy, gây nhiễm nguồn nước ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt người dân Với tính chất tự nhiên cứng, có xơ, dễ gây trầy khiến sản phẩm làm từ trấu có độ dinh dưỡng thấp độ ăn mịn cao, lượng tro q nhiều Do có giá trị kinh tế giá trị sử dụng nên vỏ trấu coi loại phế thải nông nghiệp yếu tố gây ô nhiễm mơi trường Vì vậy, việc tái chế, tận dụng chất thải khơng đem lại lợi ích kinh tế, xã hội mà cịn có ý nghĩa quan trọng việc bảo vệ môi trường Nghiên cứu xử lý kim loại nặng chất hữu vật liệu hấp phụ giá thành thấp, thân thiện với môi trường chế tạo từ phế thải nông nghiệp khía cạnh nhiều tác giả nước giới quan tâm nghiên cứu Thành phần chủ yếu vỏ trấu Vỏ trấu tách trình xay xát lúa gạo Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu dễ bay cháy q trình đốt cịn 25% cịn lại chuyển thành tro Chất hữu chứa chủ yếu xellulose, ligin Hemi-xellulose, ngồi có thêm thành phần khác hợp chất chứa nitơ vô Ligin chiếm khoảng 25-30% xellulose chiếm khoảng 35-40% Thành phần hoá học vỏ trấu biến động theo giống lúa, mùa vụ, đặc trưng canh tác nông nghiệp vùng khác Qua đánh giá theo dõi nhiều năm nhiều nước giới, thành phần hố học vỏ trấu có đặc trưng trình bày bảng 2.2 Hàm lượng thành phần trấu có biên độ dao động lớn Do silic chiếm gần tới 20% khối lượng vỏ trấu nên việc nghiên cứu sử dụng nguồn silic từ vỏ trấu để tổng hợp vật liệu chất lượng cao nhiều nhà khoa học giới quan tâm Trong vỏ trấu, bên cạnh thành phần xenlulozo ligin chứa hàm lượng đáng kể oxit kim loại Nitơ vỏ trấu chủ yếu có thành phần protein, chiếm 1,7-7,4% trọng lượng trấu thành phần photpholipit Photpho có lipit chiếm 0,4-3% Bảng Thành phần hóa học tro đốt từ vỏ trấu STT Thành phần Hàm lượng (%) SiO2 86,9-97,3 K2O 0,6-2,5 Na2O 0,3-1,8 CaO 0,2-1,5 MgO 0,1-2 Fe2O3 0,2-0,9 P2O5 0,2-2,9 SO3 0,1-1,1 Cl- 0,1-1,4 Kết phân tích độ ẩm: Vỏ trấu sau làm sạch, phơi khơ nước chiếm lượng đáng kể (8,96%) Từ bảng cho thấy thành phần vỏ trấu chủ yếu chứa nguyên tố C, H, O, Si chiếm tới 98,85% lại nguyên tố khác không đáng kể Các chất hữu trấu mạch poly cacbohydrat dài, thành phần dễ cháy tận dụng làm chất đốt Vỏ trấu sau đốt chiếm 85% SiO2, thành phần sử dụng nhiều lĩnh vực Một số ứng dụng vỏ trấu a Ứng dụng xử lý bảo vệ môi trường: + Chế tạo thiết bị lọc nước từ vỏ trấu: thiết bị tạo cách tách oxit silic từ trấu, có đặc tính lọc cực tốt, có độ bền cao Ngồi có khả khử mùi nguồn nước nhiễm, khử chất đioxin mắc nối tiếp bình lọc có ống lọc than hoạt tính + Chế tạo VLHP từ vỏ trấu cách sau đây: Vỏ trấu rửa nhiều lần nước cất, sấy khô nhiệt độ 110 oC Lấy lượng xác định vỏ trấu vừa làm cho vào dung dịch NaOH 0,1 M, tiến hành khuấy trộn 1giờ nhiệt độ phịng Sau đó, lấy phần vỏ trấu cho vào nước cất, khuấy trộn 45 phút nhiệt độ phịng, q trình lặp lặp lại nhiều lần hết kiềm Phần vỏ trấu xử lý cho vào dung dịch axit citric 0,6M để phản ứng 12 70 oC Tiếp tục lọc lấy phần vỏ trấu đem sấy khô 110oC, rửa phễu lọc để loại axit dư sấy 80oC giờ, thu VLHP Kết khảo sát điều kiện gam VL/ 50 ml dung dịch Pb (II) thời gian 30 phút, pH nhiệt độ phịng nhận thấy VL có khả tách loại thu hồi tốt Pb (II) dung dịch, dung lượng hấp phụ cực đại qmax 30,8 mg/g VL b Ứng dụng lĩnh vực khác: - Vỏ trấu sử dụng làm chất đốt + Chất đốt từ vỏ trấu sử dụng nhiều sinh hoạt sản xuất nhờ có ưu điểm: Trấu có khả cháy sinh nhiệt tốt thành phần có 75% chất xơ, 1kg trấu đốt sinh 3.400 Kcal + Vỏ trấu sau xay xát ln dạng khơ, có hình dáng nhỏ rời, tơi xốp, nhẹ, vận chuyển dễ Chính lí mà trấu sử dụng làm chất đốt phổ biến - Vỏ trấu làm đồ mỹ nghệ Chế tạo sản phẩm mỹ nghệ nội thất tạo từ vỏ trấu cách nghiền vỏ trấu thành bột dạng mịn bột sợi Sau kết hợp với keo, trấu cho vào máy ép định hình sản phẩm sấy khơ, hồn thiện để trở thành sản phẩm mỹ nghệ hồn chỉnh, có khả xuất - Aerogel từ vỏ trấu- sản phẩm công nghệ cao A Aerogel mặt hàng có giá trị cao sản xuất từ loại tro tinh Trong sản xuất aerogel vỏ trấu rửa sạch, khử tạp chất axit sunfuric, phơi khô, đem đốt buồng thông gió nhiệt độ khống chế 650-700 oC, nhiệt độ tro trấu tạo thành loại tro trắng 92-97% silic khơng kết tinh, cấp hạt nano, có hoạt tính cao Ngoài tro trắng 98% nguyên liệu thương phẩm cung cấp cho ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời làm chip điện tử - Làm nhiên liệu khí hóa trấu Ngun lý làm việc trạm dựa vào cơng nghệ khí hóa trấu lị đốt tầng sơi, hiệu suất chuyển hóa lượng cao Nguyên liệu trấu qua lò nhiệt khí hóa nhiệt độ cao chuyển thành khí sinh khối, sau xử lí làm mát, sử dụng để phát điện thông qua động đốt để cung cấp ga cho khu dân cư đun nấu II HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC TẠI THƯỜNG PHƯỚC Các làng nghề chăn nuôi, giết mổ có đặc điểm chung sử dụng lượng nước lớn trình sản xuất, đồng thời thải lượng lớn nước thải có hàm lượng chất hữu cao Các làng nghề hệ thống xử lý nước thải mà đổ trực tiếp môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng ảnh hưởng đến sức khỏe người dân Nước thải từ làng nghề khơng có lưu lượng lớn, mà tiêu thể mức độ ô nhiễm cao Mặt khác, làng nghề này, nước thải chưa xử lý trước thải môi trường mà đổ trực tiếp vào ao, hồ, kênh mương làng Vì khơng gây nên tình trạng nhiễm nước mặt, mà cịn làm ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước ngầm Một đặc trưng làng nghề CBNSTP phát triển nghề thường kèm theo phát triển hoạt động chăn nuôi, đặc biệt chăn nuôi lợn, nhằm tận dụng phế phụ phẩm, bã thải q trình chế biến Do vậy, ngồi chất thải từ trình sản xuất nghề, hoạt động chăn ni lợn đóng góp lượng nước thải đáng kể Đặc điểm chung làng nghề CBNS Việt Nam thường sản xuất khu dân cư, thường kết hợp với chăn nuôi lợn để tận dụng phụ phẩm nơng nghiệp, khơng nước thải từ hoạt động sản xuất mà nước thải, chất thải từ chăn nuôi tác động đến mơi trường Chính vậy, việc xử lý nước thải gặp nhiều khó khăn Đa số làng nghề chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung, số làng nghề xử lý sơ trước xả môi trường CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU THỰC TIỄN Hóa chất, dụng cụ - Lị nung, máy sấy, máy lắc; tủ hút chân khơng; máy đo độ hấp phụ - Máy đo pH cầm tay, giấy quỳ; cân phân tích; máy phân tích COD; - Cốc mỏ, bình định mức, pipet, buret, đũa thủy tinh, phễu lọc giấy lọc… H2SO4 98%; NaHCO3; axit axetic; xanh methylen; NaOH 0,0104N; phenolphtalein; muối mohr; K2Cr2O7 0,1N; HgSO4; axit sunfamic; điphenylamin Phương pháp chế tạo vật liệu - VL 1A: Trấu, rửa sạch, sấy khô đến khối lượng khơng đổi; - Phương pháp hoạt hóa axit: + VL 2A: VL 1A đốt yếm khí 700oC giờ; - Phương pháp hoạt hóa nhiệt: + VL 3A: VL 1A ngâm H2SO4 98% với tỉ lệ VL(khối lượng): H2SO4( thể tích) = 1g:1,5ml vòng 48h, rửa nhiều lần nước cất, sau ngâm NaHCO3 5% 24h, lọc lấy vật liệu, trung hịa đến mơi trường trung tính đem sấy 150oC 6h; - Công thức đối chứng: VL 4, than hoạt tính bán ngồi thị trường Phương pháp khảo sát khả hấp phụ vật liệu Tiến hành khảo sát ảnh hưởng thời gian, khối lượng VLHP nồng độ chất bị hấp phụ axit axetic xanh methylen Các thí nghiệm tiến hành độc lập, nhắc lại lần, lấy kết trung bình a Khảo sát khả hấp phụ VL với axit axetic - Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến khả hấp phụ axit axetic Lấy 0,5g VL vào bình tam giác có sẵn 50ml dung dịch chứa axit axetic có nồng độ ban đầu 636 mg/l Lắc với vận tốc 150 vòng/phút khoảng thời gian khác phút; 30 phút; 60 phút; 90 phút; 120 phút; 150 phút Xác định lượng axit axetic lại sau thời gian hấp phụ phương pháp chuẩn độ 10 Mẫu đối chứng (VL 4) tiến hành thí nghiệm tương tự VL chế tạo sử dụng dải nồng độ dung dịch xanh methylen: 935,94 mg/l; 1259,6 mg/l; 1569,8 mg/l; 1731 mg/l; 2001 mg/l; 2102 mg/l 2325 mg/l để khảo sát c Thử nghiệm khả hấp phụ chất hữu nước thải làng nghề xã Thường Phước Xử lý mẫu nước sơ trước khảo sát: Sử dụng mẫu M6 để khảo sát, mẫu để lắng để loại bớt đất, cát phân tử hữu lớn Pha loãng mẫu M6 lần, lần, 10 lần, 20 lần để tạo thành dãy nồng độ khác là: 4.980 mg/l, 1.860 mg/l, 985 mg/l, 540 mg/l Khảo sát khả hấp phụ: Lấy 0,5 gam VL (VL đựng túi kín túi trà lipton) vào bình tam giác có sẵn 50 ml nước thải cần xử lý có nồng độ 540 mg/l, 985 mg/l, 1.860 mg/l, 4.980 mg/l Đưa lên máy lắc, lắc với vận tốc 150 vòng/phút, sau khoảng thời gian 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút lấy túi vật liệu Xác định nồng độ COD trước sau hấp phụ Phương pháp chuẩn độ xác định nồng độ axit CH3COOH Dùng pipet bầu lấy xác vào bình chuẩn độ 10ml dung dịch CH 3COOH Thêm giọt thị phenolphtalein Từ buret nhỏ giọt dung dịch NaOH 0,0104N tới dung dịch chuyển từ không màu sang màu hồng Chuẩn độ lần nhắc lại Ghi thể tích dung dịch NaOH 0,0104N tiêu tốn 12 PHẦN III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN I KẾT QUẢ CHẾ TẠO VẬT LIỆU HẤP PHỤ Khối lượng VL tạo thành Vỏ trấu sau rửa sạch, sấy khô đến khối lượng không đổi tạo thành VL 1A Cân 100g VL 1A cho vào lị nung đốt yếm khí nhiệt độ 700 oC, thời gian thu VL 2A; 100 g VL 1A đem hoạt hóa axit H 2SO4 98% 48 giờ, trung hòa lượng axit dư dung dịch NaHCO 5% 24 giờ, rửa sấy khô 150oC thu VL 3A Kết khối lượng VL chế tạo từ vỏ trấu thể bảng Bảng Khối lượng VL chế tạo từ vỏ trấu Nguyên liệu Tên Trấu thô (VL 1A) Khối lượng (g) 100 100 Phương pháp Đốt yếm khí Hoạt hóa axit Tên VL 2A VL 3A Sản phẩm Khối Hiệu lượng (g) 18,05 61,95 suất(%) 18,05 61,95 Sự khối giai đoạn thứ giải thích q trình nước bề mặt trấu Giai đoạn khối thứ hai trình phân hủy, đề hidrat hóa nước cấu trúc trấu Quá trình khối thứ ba trình cháy phân hủy hợp chất hữu trấu Như vậy, nghiên cứu này, chế tạo VL 700oC làm cho chất hữu vỏ trấu bị cháy Kết quả, sau chế tạo, từ khối lượng nguyên liệu ban đầu 100 gam, ta thu 18,05 gam sản phẩm (VL 2A) Vẫn nguyên liệu trấu thô, sử dụng phương pháp hoạt hóa axit, ta thu 61,95 gam sản phẩm (VL 3A) Không giống chế khối phương pháp đốt yếm khí, phương pháp hoạt hóa axit tác nhân chủ yếu axit sunfuric có tính ơxy hóa hút nước mạnh Các chất hữu vỏ trấu bị đốt cháy axit, làm liên kết cao phân tử bị đứt gãy giải phóng phân tử khí 13 Một số nguyên tố kim loại tác dụng axit xảy phản ứng để tạo thành muối tan bị rửa trôi trình chế tạo Như vậy, nguyên liệu đầu vào chế tạo theo hai phương pháp khác nhau, khối lượng VL thu khác Cụ thể, vỏ trấu hoạt hóa axit tạo khối lượng cao gấp 3,43 lần so với phương pháp đốt yếm khí 700oC Kết phân tích thành phần nguyên tố sản phẩm Bảng Kết phân tích thành phần nguyên tố VL Nguyên VL liệu Trấu Nguyên tố (%) C O Si N P K Zn Cu Mg Fe Ca Al 1A 44,95 41,3 10,48 0,39 0,92 1,19 0,39 0,04 0,06 0,10 0,09 0,09 2A 67,11 8,71 20,44 - - 2,11 0,05 0,05 0,03 0,12 0,28 1,12 3A 59,87 27,06 13,07 - - - - - - - - - Hàm lượng cacbon VL ban đầu cao khoảng 44%; chủ yếu thành phần xenlulozo với cấu trúc mắt xích β-D-Glucozo liên kết với tạo thành chuỗi mạch dài, vững Hàm lượng silic trấu khoảng 10,48% Với hàm lượng xenlulozo cao, tác dụng biến tính nhiệt axit thành phần xenlulozo xảy phản ứng đề hidrat hóa, thủy phân, bào mịn alkoxy… làm tăng nhóm chức -COOH, tạo thành phân tử mạch ngắn làm tăng diện tích bề mặt riêng, dẫn đến tăng khả hấp phụ trao đổi ion mẫu vật liệu Ở phương pháp đốt yếm khí, thành phần nguyên tố Oxy bị thay đổi nhiều Dưới tác dụng nhiệt độ cao, chất hữu bị phân hủy, nước liên kết hợp chất hữu bị bốc mạnh Vì vậy, sau chế tạo thành phần Oxy VL 2A 8,71% Ở phương pháp biến tính axit, tác nhân oxy hóa mạnh, nguyên tố kim loại có vật liệu bị xy hóa, tạo thành muối bị rửa trơi 14 q trình chế tạo Vì vậy, sau chế tạo VL 3A lại nguyên tố C, O Si Đặc biệt, phương pháp biến tính ta thấy rằng, thành phần hóa học VL khơng cịn chứa nitơ photpho Nitơ trấu tồn chủ yếu dạng phân tử protein, photpho Khi đốt yếm khí điều kiện nhiệt độ cao (700 oC) phân tử protein photpholipit bị cháy phân hủy tạo thành sản phẩm chất khí bay N2, NH3 hay chất khói trắng P2O5 Tương tự, phương pháp hoạt hóa axit, nitơ photpho nguyên liệu tác dụng chất oxy hóa mạnh, liên kết hóa học phân tử vật chất bị phá hủy, chí bị đốt cháy để hình thành chất khí hợp chất tan Chúng bị rửa trơi q trình chế tạo Hình Hình ảnh loại vật liệu VL 1A VL 2A 15 VL 3A VL 4A Hình Hình ảnh loại vật liệu sau chụp SEM VL 1A VL 2A VL 3A VL 4A Kết thu sau chế tạo cho thấy VL 1A – trấu thơ, có màu vàng nhạt, dạng hạt mảnh, dai, bền chắc; chụp ảnh SEM cho cấu trúc bề mặt tương đối phẳng, nhẵn đồng nhất, chưa phân rõ thành phần cấp hạt, tổng diện tích bề mặt nhỏ Đối với VL 2A – trấu biến tính nhiệt, sản phẩm tạo thành dạng tro, màu xám đen, giòn, xốp, dễ vỡ vụn Ảnh SEM cho thấy, cấu trúc bề mặt vật liệu có biến 16 đổi rõ ràng so với vật liệu ban đầu (VL 1A), kích thước hạt trung bình từ 70 – 72 nm VL 3A – trấu biến tính axit, sản phẩm theo cảm quan có màu đen, giòn xốp, cấu trúc bề mặt VL thay đổi nhiều so với VL ban đầu Kích thước hạt lớn gấp lần so với kích thước hạt VL 2A, dao động từ 150 – 152nm VL – than hoạt tính, dùng để so sánh với VL biến tính có màu đen tuyền, mịn, nhỏ Tuy nhiên kết SEM lại cho thấy kích thước hạt lớn, khoảng – µm Như vậy, kết SEM thể thay đổi rõ rệt cấu trúc bề mặt VL thơ VL biến tính Trong đó, VL 2A có kích thước hạt trung bình nhỏ II KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU VỚI CÁC MẪU NƯỚC CHỨA CHẤT HỮU CƠ TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM Kết khảo sát khả hấp phụ vật liệu dung dịch CH3COOH Tiến hành hấp phụ CH3COOH với nồng độ 636 mg/l khoảng thời gian từ -150 phút, tốc độ 150 vòng/phút Sau thời gian phản ứng, chuẩn độ lại hàm lượng axit axetic dư NaOH 0,0104N Phương pháp biến tính nhiệt cho kết VL 2A tốt Sau 90 phút, dung lượng hấp phụ đạt 33,648 mg/g, hiệu suất đạt 50% Phương pháp biến tính axit cho kết khả quan sau 90 phút hấp phụ xử lý 78% axit axetic VL3A Như vậy, cấu trúc bề mặt khác nhau, VL chế tạo từ nguyên liệu khác phương pháp khác thể khả hấp phụ khác Ảnh hưởng khối lượng đến khả hấp phụ vật liệu dung dịch CH3COOH Tiến hành hấp phụ dung dịch CH 3COOH có nồng độ 636 mg/l với VL khối lượng khác (0,1 g – 1,5 g), thời gian hấp phụ 90 phút, tốc độ lắc 150 vòng/phút Khối lượng VL tỉ lệ thuận với hiệu suất hấp phụ, khối lượng tăng hiệu suất hấp phụ tăng Tuy nhiên tăng khối lượng VL, dung lượng hấp phụ tăng đến giá trị định giảm dần Cụ thể, điều kiện thí nghiệm, dung lượng hấp phụ lớn sử dụng 0,5 gam VL Vì vậy, để tối ưu hóa khối lượng VL, nghiên cứu lựa chọn sử dụng 0,5 gam VL cho thí nghiệm 17 Như vậy, chế tạo phương pháp đốt 700oC thể khả hấp phụ dung dịch axit axetic tốt so với phương pháp đốt yếm khí 400 – 500oC Từ kết phân tích ta thấy, hiệu suất hấp phụ VL 2A, VL 3A, tương đương nhau, lớn nhiều so với hiệu suất hấp phụ VL thô Bảng số liệu thể khối lượng VL tối ưu nên sử dụng thí nghiệm 0,1 – 0,15 g VL biến tính vào 0,25g than hoạt tính Để đảm bảo phù hợp với dải nồng độ từ 49,335 mg/l đến 1.010,72 mg/l thí nghiệm thuận tiện cho việc so sánh hiệu hấp phụ VL dung dịch axit axetic xanh methylen nên em lựa chọn khối lượng VL sử dụng cho thí nghiệm sau 0,5g Ảnh hưởng nồng độ đến khả hấp phụ vật liệu dung dịch xanh methylen Tiến hành hấp phụ với dung dịch xanh methylen có nồng độ xác định khác (49,335 – 1.010,72 mg/l), thời gian hấp phụ 90 phút, vận tốc lắc 150 vòng/phút VL 1A, , 2A, 3A, Riêng VL4, tiến hành hấp phụ tượng tự VL trên, khoảng nồng độ từ 935,94 – 2.325 mg/l, thời gian hấp phụ 90 phút Tính dung lượng hấp phụ VL xanh methylen Đánh giá khả hấp phụ vật liệu với mẫu nước chứa chất hữu phịng thí nghiệm Các chất hữu phịng thí nghiệm dùng để thử nghiệm vật liệu axit axetic xanh methylen Hai chất có cấu tạo tính chất hồn tồn trái ngược Nếu sử dụng chúng để đánh giá khả hấp phụ vật liệu đảm bảo tính khách quan, toàn diện nghiên cứu Axit axetic axit hữu cơ, có tên gọi khác etanoic, công thức phân tử CH3COOH, hợp chất phân cực Các hợp chất hữu cao phân tử tinh bột, đường, xenlulozo bị thủy phân môi trường nước tạo sản phẩm hữu đơn giản hơn, có axit axetic, axit lactic Nếu việc sử dụng axit axetic làm chất bị hấp phụ chúng rẻ tiền, dễ kiếm, sản phẩm trình thủy phân chất hữu nước thải làng nghề việc sử dụng xanh methylen làm chất bị hấp phụ thứ hai lại có nguyên nhân khác Xanh methylen pha thành dung dịch có màu xanh đậm đặc trưng, tiến hành hấp phụ ta đánh giá khả hấp phụ thơng qua việc quan sát thay đổi màu dung dịch Mặt khác, xanh methylen hợp chất không phân cực, có cấu trúc phân tử dạng dị vịng, có khối lượng phân tử lớn, công thức cấu 18 tạo C16H18N3SCl Nếu VL chế tạo có khả hấp phụ tốt với axit axetic xanh methylen có khả xử lý nhiều loại nước thải ô nhiễm chất hữu khác Sau khảo sát phịng thí nghiệm dung dịch trên, ta rút số nhận xét sau: Như vậy, VL biến tính có khả hấp phụ tốt chất hữu phòng thí nghiệm Vì vậy, nghiên cứu tiếp tục tiến hành với VL biến tính để đánh giá khả hấp phụ chất hữu mẫu nước thải thực tế xã Thường Phước III THỬ NGHIỆM XỬ LÝ NƯỚC THẢI LÀNG NGHỀ CBNS THƯỜNG PHƯỚC BẰNG VẬT LIỆU CHẾ TẠO Tìm hiểu trạng sản xuất chế biến nông sản xã Thường Phước Do điều kiện đất đai chật hẹp, chưa có quy hoạch sản xuất hợp lý nên làng nghề thiếu sở vật chất cho sản xuất Nơi sản xuất phần lớn chung với nơi ở, sinh hoạt Hiện trạng môi trường nước xã Thường Phước a Hiện trạng cấp nước Nhu cầu sử dụng nước hàng ngày cho toàn hoạt động chủ yếu từ nguồn: Nước mưa, nước giếng khoan, nước từ hồ chứa xã, nước giếng khơi Có nhiều giếng khơi lâu năm làng sử dụng nữa, chí cịn bốc mùi khó chịu Việc xử lý nguồn nước chủ yếu qua bể lọc thơ, có khoảng 30 đến 40 % nhu cầu nước sinh hoạt qua máy lọc nước, 100% nước cho sản xuất lấy từ giếng khoan qua bể lọc nước lọc từ hồ chứa xã b Hiện trạng thoát nước Nhu cầu sử dụng nước lớn kèm theo lượng nước thải không nhỏ làng nghề gây nhiều khó khăn cho việc tiêu nguồn nước thải hàng năm Hiện có hệ thống cống rãnh tiêu thoát dùng chung cho nước thải sản xuất sinh hoạt, chăn nuôi c Thực trạng xử lý nước thải Với nhu cầu nước lượng nước thải lớn thêm vào đặc trưng làng nghề nay: sản xuất chủ yếu mang tính tự phát, nhỏ lẻ, vốn ít… nên việc đầu tư 19 cơng nghệ cho mơi trường cịn gặp nhiều khó khăn Mặt khác, xã chưa có hệ thống nước thải sinh hoạt sản xuất riêng biệt nên gây khó khăn cho q trình xử lý d Tính chất nước thải Đặc trưng nước thải loại hình sản xuất, chế biến nông sản chủ yếu chất hữu tinh bột, xenlulozo, đất cát … Các chất hữu tồn thời gian nước bị thủy phân phần để tạo thành chất hữu có mạch ngắn đơn giản đường, axit hữu cơ,… Tuy nhiên, đặc trưng xã chưa có hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt sản xuất riêng biệt, nên ngồi hợp chất kể trên, nước thải cịn chứa chất hoạt động bề mặt, phân, nước tiểu gia súc, vi khuẩn gây bệnh… e Thử nghiệm xử lý nước thải làng nghề xã Thường Phước Do giới hạn phạm vi nghiên cứu nên đề tài quan tâm đến hiệu xử lý chất hữu nước thải thông qua việc xác định hàm lượng COD trước sau hấp phụ mà không xét đến tiêu khác Nghiên cứu lựa chọn thử nghiệm với mẫu M6 mẫu hỗn hợp M1, M2, M3 lấy trực tiếp công đoạn sản xuất Mẫu sau trộn có COD 10.460 mg/l, xử lý sơ phương pháp lắng để loại bớt đất cát số chất hữu khơng tan có cấp hạt lớn vịng Nước thải sau khí lắng có COD 9.826 mg/l Trước thử nghiệm, mẫu sau pha lỗng lần, lần, 10 lần, 20 lần để dãy nồng độ khác 4.980 mg/l, 1.860 mg/l, 985 mg/l, 540 mg/l nhằm đánh giá khả hấp phụ VL nồng độ khác Hấp phụ nghiên cứu hấp phụ vật lý Tức VL chất hữu khơng tạo thành liên kết hóa học, chúng liên kết với lực liên kết Van Der Walls yếu Đó tổng hợp nhiều loại lực hút khác nhau: Lực hút tĩnh điện, tán xạ, cảm ứng lực định hướng Các chất hữu bị ngưng tụ bề mặt phân chia pha bị giữ lại bề mặt chất hấp phụ Nghiên cứu giúp tận dụng nguồn phế phẩm nơng nghiệp sẵn có với chi phí rẻ tiền Khi tiến hành thử nghiệm phịng thí nghiệm, việc sử dụng hai loại chất bị hấp phụ axit axetic xanh methylen giúp người thực có đánh giá đa chiều vật liệu nghiên cứu Tuy nhiên, nghiên cứu thể số hạn chế cần khắc phục sau Kết thí nghiệm cho thấy, vật liệu chế tạo hấp phụ đối 20 với xanh methylen Do thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài trọng đến khả hấp phụ chất hữu nước thải mà chưa quan tâm đến khả hấp phụ loại chất hữu hịa tan chất hữu khơng hịa tan Thơng thường, loại nước thải có thành phần chủ yếu chất hữu thường áp dụng công nghệ xử lý biện pháp sinh học Đây phương pháp phổ biến cơng nghệ không phức tạp, dễ vận hành Tuy nhiên, chúng bộc lộ số hạn chế như: Cần diện tích đất rộng để xây dựng hồ sinh học, cánh đồng tưới ; phát sinh mùi biện pháp xử lý hiếu khí; Q trình sinh trưởng phát triển vi sinh vật phụ thuộc vào điều kiện môi trường Kết thu sau hấp phụ cho thấy, VL nghiên cứu hồn tồn sử dụng để xử lý chất hữu nước thải Tuy nhiên, cần có nghiên cứu sâu để xem xét đến hiệu mặt kinh tế so với phương pháp truyền thống khác; khả hấp phụ thành phần khác nước thải như: Xianua, vi sinh vật gây bệnh 21 PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Đã chế tạo VLHP từ vỏ trấu phương pháp biến tính nhiệt biến tính axit Trong đó, vỏ trấu tỏ rõ ưu điểm hai phương pháp tạo VL có khả hấp phụ tốt chất hữu Các phương pháp làm thay đổi cấu trúc ban đầu nguyên liệu, giảm kết cấu tinh thể bị cắt mạch tạo thành hợp phần xenlulozo ngắn mạch, tăng diện tích bề mặt riêng Khảo sát khả hấp phụ vật liệu với dung dịch axit axetic xanh methylen cho thấy, vật liệu có khả hấp phụ tốt Sau khảo sát, VL có tiềm hấp phụ tốt chất hữu nước thải làng nghề xã Dương Liễu Đây tiền đề cho nghiên cứu việc thử nghiệm ứng dụng vật liệu vào thiết kế quy trình xử lý nước thải cụ thể khu vực nghiên cứu nói riêng nước thải có tính chất tương tự nói chung II KIẾN NGHỊ Có thể chế tạo vật liệu hấp phụ theo cách biến tính nhiệt biến tính axit từ vỏ trấu Có thể nghiên cứu sâu khả xử lý tiêu khác nước thải Vật liệu sau hấp phụ có hàm lượng hữu cao, tiến hành nghiên cứu sâu việc sử dụng làm phân hữu phục vụ sản xuất nơng nghiệp Có thể mở rộng nghiên cứu VL đối tượng nước thải chứa chất hữu có đặc trưng khác 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO Huỳnh Trường Giang (2013) Xanh methylen – thông tin cho người nuôi trồng thủy sản, http://aquanetviet.org/post/244816/xanh-methylen-th-ng-tin-cho-ng-inu-i-tr-ng-th-y-s-n, Jun 20, 2013 Lê Hà Giang, Hà Quang Ánh, Nguyễn Trung Kiên, Đào Đức Cảnh, Hoàng Thị Thu Thủy, Trần Thị Kim Hoa, Đặng Tuyết Phương Vũ Anh Tuấn (2013) Nghiên cứu điều chế than hoạt tính từ phế thải nơng nghiệp (rơm-rạ, trấu) Tạp chí hóa học, T.51, S.1 Lê Hữu Thiềng, Ngơ Thị Lan Anh Đào Hồng Hạnh (2010) Nghiên cứu khả hấp phụ methylen xanh dung dịch nước vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã mía, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ 78 (02) tr 45 - 50 Lê Thị Hoài Nam, Nguyễn Văn Tuyến, Viện Khoa học Công nghệ Việt NamViện Hóa học (2010) Sử dụng nguồn phế thải nơng nghiệp để tổng hợp vật liệu nano silic nano cacbon làm xúc tác cho trình chuyển cặn dầu thực vật thành nhiên liệu sinh học làm chất hấp phụ để sản xuất etanol tuyệt đối, Đề tài Khoa học Công nghệ cấp nhà nước (thuộc nghị định thư với Vương Quốc Bỉ) Nguyễn Thị Hồng Hạnh Trần Thị Như Mai (2010) Ứng dụng zeolit NaX để tách loại ion Pb2+ nguồn nước bị ô nhiễm, Tạp chí Khoa học phát triển (6) tr 989-993 Nguyễn Thị Hồng Hạnh, Nguyễn Thị Liên Nguyễn Thị Thanh Mai (2015) Khảo sát khả hấp phụ axit axetic vật liệu hấp phụ chế tạo từ trấu Tạp chí Khoa học Công nghệ (31) tr 80-83 23 Nguyễn Thị Xuân Duyên (2009) Khảo sát tiềm sử dụng phế phẩm nông nghiệp làm nguồn nhiên liệu sản xuất điện tỉnh Đồng Tháp Nguyễn Văn Bỉnh (2011) Nghiên cứu tách silic dioxit từ vỏ trấu ứng dụng làm chất hấp phụ số hợp chất hữu cơ, Luận văn thạc sỹ Khoa học, Đà Nẵng Nguyễn Vĩnh Khanh Hồng Minh Nam (2008) Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất nhiên liệu rắn từ chất thải plastic vỏ trấu, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM 10 Trần Thị Ngọc Ngà (2013) Nghiên cứu khả hấp phụ ion Pb 2+và Cu2+ vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã đậu nành, Luận văn thạc sĩ, ĐH Đà Nẵng 11 Trịnh Văn Dũng (2006) Công nghệ sản xuất than hoạt tính từ trấu, Hội nghị Khoa học lần thứ 20 – ĐHBK Hà Nội tr 361-364 12 Vũ Thị Bách (2010) Nghiên cứu tận dụng phế phẩm nông nghiệp làm vật liệu xây dựng, http://www.zbook.vn/ebook/nghien-cuu-tan-dung-phe-pham-nongnghiep-lam-vat-lieu-xay-dung-39066/, Ngày 15-11-2013 13 Vũ Xuân Thạnh (2008) sản xuất sản phẩm mỹ nghệ nội thất từ trấu, http://www.baomoi.com/San-xuat-san-pham-my-nghe-noi-that-tu votrau/150/3752034.epi, Ngày 16-1-2010 14 Trần Văn Nhân Hồ Thị Nga (2005) Giáo trình cơng nghệ xử lí nước thải, Nxb Khoa học kĩ thuật, Hà Nội 24 MỤC LỤC PHẦN I MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Giả thuyết khoa học .3 III Mục tiêu nghiên cứu IV Phạm vi đối tượng nghiên cứu V Phương pháp nghiên cứu .3 VI Những đóng góp mới, ý nghĩa khoa học thực tiễn .3 VII Cấu trúc dự án nghiên cứu .3 PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Tổng quan tro trấu .5 II Hiện trạng môi trường nước Thường Phước .7 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU THỰC TIỄN 10 PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 13 I Kết chế tạo vật liệu hấp phụ 25 ... xellulose, ligin Hemi-xellulose, ngồi có thêm thành phần khác hợp chất chứa nitơ vô Ligin chi? ??m khoảng 25-30% xellulose chi? ??m khoảng 35-40% Thành phần hoá học vỏ trấu biến động theo giống lúa, mùa vụ,... trấu có biên độ dao động lớn Do silic chi? ??m gần tới 20% khối lượng vỏ trấu nên việc nghiên cứu sử dụng nguồn silic từ vỏ trấu để tổng hợp vật liệu chất lượng cao nhiều nhà khoa học giới quan tâm... kể oxit kim loại Nitơ vỏ trấu chủ yếu có thành phần protein, chi? ??m 1,7-7,4% trọng lượng trấu thành phần photpholipit Photpho có lipit chi? ??m 0,4-3% Bảng Thành phần hóa học tro đốt từ vỏ trấu STT